abstract: This dissertation describes a novel, low cost strategy of using particle streak (track) images for accurate micro-channel velocity field mapping. It is shown that 2-dimensional, 2-component fields can be efficiently obtained using the spatial variation of particle track lengths in micro-channels. The velocity field is a critical performance feature of many microfluidic devices. Since it is often the case that un-modeled micro-scale physics frustrates principled design methodologies, particle based velocity field estimation is an essential design and validation tool. Current technologies that achieve this goal use particle constellation correlation strategies and rely heavily on costly, high-speed imaging hardware. The proposed image/ video processing based method achieves comparable accuracy for fraction of the cost. In the context of micro-channel velocimetry, the usability of particle streaks has been poorly studied so far. Their use has remained restricted mostly to bulk flow measurements and occasional ad-hoc uses in microfluidics. A second look at the usability of particle streak lengths in this work reveals that they can be efficiently used, after approximately 15 years from their first use for micro-channel velocimetry. Particle tracks in steady, smooth microfluidic flows is mathematically modeled and a framework for using experimentally observed particle track lengths for local velocity field estimation is introduced here, followed by algorithm implementation and quantitative verification. Further, experimental considerations and image processing techniques that can facilitate the proposed methods are also discussed in this dissertation. Unavailability of benchmarked particle track image data motivated the implementation of a simulation framework with the capability to generate exposure time controlled particle track image sequence for velocity vector fields. This dissertation also describes this work and shows that arbitrary velocity fields designed in computational fluid dynamics software tools can be used to obtain such images. Apart from aiding gold-standard data generation, such images would find use for quick microfluidic flow field visualization and help improve device designs. / Dissertation/Thesis / Ph.D. Electrical Engineering 2011

abstract: In this thesis, an integrated waveform-agile multi-modal tracking-beforedetect sensing system is investigated and the performance is evaluated using an experimental platform. The sensing system of adapting asymmetric multi-modal sensing operation platforms using radio frequency (RF) radar and electro-optical (EO) sensors allows for integration of complementary information from different sensors. However, there are many challenges to overcome, including tracking low signal-to-noise ratio (SNR) targets, waveform configurations that can optimize tracking performance and statistically dependent measurements. Address some of these challenges, a particle filter (PF) based recursive waveformagile track-before-detect (TBD) algorithm is developed to avoid information loss caused by conventional detection under low SNR environments. Furthermore, a waveform-agile selection technique is integrated into the PF-TBD to allow for adaptive waveform configurations. The embedded exponential family (EEF) approach is used to approximate distributions of parameters of dependent RF and EO measurements and to further improve target detection rate and tracking performance. The performance of the integrated algorithm is evaluated using real data from three experimental scenarios. / Dissertation/Thesis / M.S. Electrical Engineering 2012

Estudos termocronológicos por traços de fissão em apatita são utilizados para estabelecer os principais eventos de denudação, erosão e subsidência na margem continental emersa do sul do Brasil e Uruguai. Os dados obtidos permitem verificar que as idades aparentes de traços de fissão variam de 383,4 ± 40,9 a 9,7 ± 1,2 Ma, entre o Devoniano Superior e o Mioceno, com comprimento dos traços de fissão entre 14,02 a 8,87 μm. A correlação entre idade e distribuição do comprimento dos traços de fissão confinados evidencia que as amostras sofreram diferentes reduções no comprimento dos traços de fissão. Isto indica que as rochas foram submetidas a diferentes posições crustais, paleotemperaturas e tempo de residência na Zona de Apagamento Parcial. As histórias térmicas obtidas mostram que processos de resfriamento lentos e contínuos foram registrados nas regiões desde o final do Pensilvaniano (Neopaleozóico). Os padrões de denudação são complexos, mas foi possível caracterizar no Uruguai e Rio Grande do Sul reflexos do evento orgênico Gondwanides (ou São Rafaélico) atuantes nas margens do Gondwana SW. Nas regiões do norte do Rio Grande do Sul, Santa Catarina e Paraná foi possível documentar com detalhe o recuo da escarpa da margem continental associada a fragmentação e dispersão mesocenozóica do Gondwana, com a definição de eventos de denudação em torno de: (i) 150-140 Ma, atribuído aos eventos pré-rifte a rifte; (ii) 90-80 Ma, associado ao magmatismo alcalino do Cretáceo Superior; (iii) eventos de 70-60 Ma e 45-35 Ma associados a rearranjos isostático da placa Sul-Americana na região estudada. Evento mais jovem com idades entre 20-10 Ma é reconhecido na margem continental do leste do RS e Uruguai, diretamente conectado à formação do Cone do Rio Grande. / Apatite fission track (FT) thermochronological analyses are used to establish the main events of denudation, erosion and subsidence of the emerse continental margin of South Brazil and Uruguay. The obtained data provide apparent ages ranging from 383.4 ± 40.9 Ma to 9.7 ± 1.2 Ma, between Upper Devonian and Miocene, and mean track length from 14.02 μm to 8.87 μm. Thermal history reconstruction based on apatite fission track thermochronology suggest the occurrence of long term and continuous cooling as well rapid uplift in investigated regions, recorded from Neopaleozoic to the Miocene. The oldest denudation event is well recorded in the Uruguay and Rio Grande do Sul as result of orogenic processes at margin of SW Gondwana, the so-called Gondwanides or San Rafael cycle. In the northern portion of Rio Grande do Sul, Santa Catarina and Paraná was possible to document the escarpment retreat across the rifted continental margin connected to the Mesocenozoic fragmentation and dispersion of Gondwana, defined by the main denudation event as follow: (i) 150-140 Ma, developed during the pre-rift and rift stages; (ii) 90-80 Ma, associated to Upper Cretaceous alkaline ; (iii) 70-60 Ma and 45-35 Ma events due to isostatic rearrangement of South American plate in the study area. The youngest denudation event, aged at 20-10 Ma, is very well defined in the emerse continental margin of east Rio Grande do Sul and Uruguay, and coeval to the Rio Grande Cone formation, a large sedimentary package of 4000 m thick.

O Sistema de Posicionamento Global (GPS) permite uma grande variedade de aplicações civis e militares. Dentre as várias aplicações, uma de especial interesse é a navegação, que tem crescido muito nos últimos anos devido a fatores como menor custo, e fácil utilização desta tecnologia. Num sistema de navegação terrestre, assim como na navegação marítima, fluvial e aérea, um mapa digitalizado, ou imagem de satélite disponível da região de interesse é exibida na tela do computador de bordo e a posição do veículo é apresentada em "tempo real" a partir da posição fornecida por receptores GPS. Além disso, a comunicação disponível nos dias de hoje permite uma maior integração entre o veículo e o escritório. Finalmente, o Google Earth permite que se tenha acesso a uma grande quantidade de informações necessárias ao desenvolvimento de inúmeros trabalhos, permitindo inclusive a inserção de fotos e imagens para registro dos acontecimentos. O potencial deste tipo de sistema só foi possível a partir de maio de 2000, com a eliminação da SA (Selective Availability).Com isso, o posicionamento absoluto realizado por receptores de navegação (menos precisos do que os receptores geodésicos) foi aprimorado, podendo conseguir precisões da ordem de 10m, o que aumenta a qualidade de aplicações como a navegação terrestre. A proposta desta dissertação é descrever o desenvolvimento de um protótipo veicular para aplicações de campo em Geociências, onde foi incluída a navegação em tempo real, o uso da internet para a comunicação pessoal e interface de acesso ao Google Earth. O protótipo desenvolvido permite a extensão de parte da infra-estrutura de um laboratório para apoio das atividades de campo. / In our days the Global Positioning Systems (GPS) is a technology with a great variety of military and civilian applicability. Among this uses, navigation is one activity that is largely increasing in reason to lowering equipment prices and introduced facilities as easy to use technology. In practice, a system structured to navigate in terrestrial, maritime, fluvial or aerial way is formed by a GPS connected to an onboard computer and video equipped with appropriate software that process in a instantaneous mode (real time) all the information necessary to show on screen the geographical position of the vehicle. In parallel, new advances in network communication open the possibility to integrate completely the vehicle in movement with the staff in the office. Also, the Geoogle Earth™ and World Wide Web increase the facilities to view online the terrain and open the possibility to user interact directly with routines that insert local photo and images. Navigate with accuracy using a single-receiver GPS linked to a computer was only possibly after May of 2000, when the SA (Selective Availability) was excluded from GPS signal. Consequently, absolute positioning with one band handled GPS (low accuracy when compared to geodetic two bands GPS) was tested and the results show the availability to locate points in the Earth surface with an uncertainty degree not above than 10 meters (in terms of planimmetric coordinates). This performance increases the data quality and the ability of single-receiver GPS to be used to navigation purposes. In this work, it is assembled and tested a navigation system prototype installed in a vehicle with the objective to optimize field survey and adapted to some geosciences necessities, including the possibility to navigate in real time integrated with Internet facilities to personal communication and with an interface to access the Google Earth™. The configuration of the navigation system prototype elaborated in this project permit to extend to the field some facilities only accessible in a laboratory environment and consequently the results obtained with the system increased the performance of all the field work stages.

A construção de pavimento de concreto de cimento Portland para liberação rápida, conhecido como fast-track, é uma boa solução principalmente para reparos em locais onde não se pode interromper o tráfego por um período muito grande, cujas técnicas são abrangentes, servindo para obras de construção, reconstrução ou para execução de camadas superpostas. Normalmente o ensaio utilizado para verificar a resistência do concreto para pavimentação é o de resistência à tração na flexão. Em função da grande variabilidade deste ensaio e da demora dos resultados, uma vez que o corpo-de-prova é normalmente ensaiado em laboratório na idade em que se deseja saber a resistência, engenheiros que executam ou fiscalizam obras de pavimento de concreto para fast-track demonstram certa insatisfação com relação a este procedimento. Alternativamente, uma opção promissora para este monitoramento é a utilização dos ensaios de maturidade e ultra-som, que avaliam indiretamente a resistência do concreto in situ. Para contribuir nesta área do conhecimento, realizaram-se ensaios de resistência à tração na flexão, resistência à compressão, maturidade e ultra-som (método direto e indireto), em concretos, argamassas e pastas com cimento Portland de alta resistência inicial (CPV-ARI), para avaliar a possibilidade de correlações entre os ensaios de resistência à tração na flexão e os de ultra-som e maturidade. Os fatores controláveis foram a relação água/cimento (0,25-0,35-0,45) e a idade (1-2-3-7-28 dias). A diferença dos resultados de energia aparente de ativação (maturidade) utilizando diferentes tipos de corpos-de-prova não foi significativa em relação ao corpo-de-prova recomendado pela ASTM C 1074. Encontrouse um coeficiente de correlação de 95,4% entre os resultados de resistência à tração na flexão dos ensaios e os previstos pelo ensaio de maturidade. Não se constatou diferença significativa entre os resultados de velocidade ultra-sônica para os diferentes métodos de ultra-som utilizados. Todos os métodos de ultra-som apresentaram bons coeficientes de correlação com a resistência à tração na flexão, sendo que para o método indireto com três pontos de recepção obteve-se um coeficiente de correlação de 80,8% para as idades de até 24 horas e de 76,4% considerando todas as idades ensaiadas. Portanto, tanto o ensaio de ultra-som como o de maturidade mostraram-se eficazes para estimar a resistência à tração em idades iniciais, o que pode facilitar o controle de concreto para fast-track em campo. / The construction of concrete pavement made of Portland cement for fast use, known as fasttrack, is a good solution, mainly for restoration in places where traffic cannot be disrupted for long. Fast-track concrete pavement techniques are broad, and can be used for construction, reconstruction, and resurfacing. For determining concrete strength in pavement, the flexural strength test is usually used. Since this test presents high variability and demands more time because the specimen is usually tested in laboratories at certain selected ages, engineers who carry out or monitor fast-track concrete pavement projects have shown some dissatisfaction with this procedure. Alternatively, a promising option to monitor this work is the use of maturity and ultra-sound tests, which evaluate concrete strength directly in situ. In order to contribute to this area of knowledge, I have carried out flexural strength, compressive strength, and maturity and ultra-sound (direct and indirect methods) tests in concrete, mortar, and Portland cement paste with high early strengths (CPV-ARI) to evaluate possible correlations among the flexural strength tests and the maturity and ultra-sound ones. The controllable factors were the water-cement ratio (0.25-0.35-0.45) and the age (1-2-3-7-28 days). The difference in the results of the apparent activation energy (maturity), using different types of specimens, was not meaningful if compared to the specimen recommended in ASTM C 1074. Among the results of the flexural strength tests and the ones obtained in the maturity test, the correlation coefficient has been found to be 95.4%. No meaningful difference was found among the results of ultra-sonic speed for the different ultra-sound methods. All ultra-sound methods have shown good correlation coefficients with flexural strength: for the indirect method with three reception points, the correlation coefficient has been found to be 80.8% at ages up to 24 hours, and 76.4% at all test ages. Therefore, both the ultra-sound and the maturity tests have proven to be efficient to estimate tensile strength at early ages; thus, help control fast-track concrete in the field.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:26:14Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-12-16Bitstream added on 2014-06-13T19:33:37Z : No. of bitstreams: 1 nakasuga_wm_me_rcla.pdf: 1104050 bytes, checksum: 7b62a9ce4f59dc522bbfdb33e9faeb9e (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / No presente trabalho foram efetuados estudos sobre o annealing dos traços de fissão em epídoto. Os experimentos foram feitos aquecendo-se o mineral por tempos de 1, 10 e 100 horas, variando a temperatura de 350 a 950°C. Os resultados obtidos foram curvas de annealing tanto para comprimento como para densidade dos traços. Os dados de comprimento dos traços de fissão foram utilizados para obter os parâmetros do modelo de cinética de annealing para o epídoto. O modelo utilizado foi o proposto pelo grupo de Cronologia da UNICAMP. Cálculos baseados nesses ajustes conduziram a uma previsão de zona de annealing parcial (ZAP) entre 218 a 588°C (para 1 Ma). Quando unidos com os dados de annealing para epídoto de Curvo (2005) a zona de annealing parcial prevista varia de 218 a 487°C (para 1 Ma). Esses valores situam a ZAP para tracos de fissão armazenados no epídoto acima da ZAP para a apatita e sobreposta a ZAP do zircão (possuindo, contudo o limite superior da ZAP acima da do zircão). Uma nova curva de ataque químico foi confeccionada com intenção de se utilizar uma menor temperatura do reagente (15°C, 40% HF). Nove pontos de ataque químico foram realizados, em tempos que variam de 30 a 110 minutos. O tempo estabelecido como ótimo foi 80 minutos. Realizou-se também, uma tentativa de datação de uma amostra de fratura localizada nas redondezas do município de Curitiba. A idade aparente encontra da foi de 240±209 Ma / This paper presents studies conducted on the annealing of fission tracks in the epidote. The experiments were done by heating the mineral in time periods of 1, 10 and 100 hours, varying the temperature between 350 and 950°C.The results obtained were annealing curves both for length and for density of the fission tracks. The length data of the fission tracks were used to obtain the parameters for the annealing kinetics model of the epidote. The kinetic model for fission track used was the one proposed by the UNICAMP Chronology group. The mathematical calculations based on these adjustments led to a prediction of a partial annealing zone (PAZ) between 218 and 588°C (for 1 Ma).When united with the data for epidote annealing from Curvo (2005) the partial annealing zone varies from 218 to 487°C (for 1 Ma).These values situate the epidote PAZ above the apatite PAZ and having an intersection with the zircon one (presenting however an upper limit superior to the zircon PAZ).A new etching curve was measured aiming at a lower reagent temperature (15°C, 40% HF). Nine etching points were carried out in time periods ranging from 30 to 110 minutes. The optimal etching time was 80 minutes. An attempt to date an epidote fracture sample located near the city of Curitiba was also conducted. The dating provided the apparent age of 240±209 Ma

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:26:14Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008-07-01Bitstream added on 2014-06-13T19:13:15Z : No. of bitstreams: 1 genaro_dt_me_rcla.pdf: 1913488 bytes, checksum: d38982dfe49d9543cd9f8cb6a5bb90f7 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O Rift Continental do Sudeste do Brasil representa uma importante feição geológica, tanto por seu potencial econômico (areias, argilas, turfas e hidrocarbonetos), quanto para fins de estudos geológicos, pois trata-se de uma estrutura, de graben e horts, preservada e que não se encontra recoberto por águas, o que facilita suas pesquisas. Este estudo compreende a aplicação de análises termocronológicas por traços de fissão, em apatitas e zircões, com o intuito de verificar mudanças nos padrões térmicos que causaram alterações no ambiente, soerguimentos tectônicos, alçamento de isotermas e denudações. Utilizando para isto amostras coletadas em três bacias do segmento central (Taubaté, Resende e Volta Redonda). As idades obtidas remontam uma história complexa do ponto de vista evolutivo da região sudeste do Brasil, desde o Cretáceo Inferior, com o início do processo de quebramento do Continente Gondwana, passando por registros associados a intrusões alcalinas e um soerguimento regional, no início do Cretáceo Superior e finalmente entre o Paleoceno-Eoceno é resgatado o período em que ocorreu todo o processo de abertura do Rift Continental do Sudeste do Brasil (RCSB) e alterações em seu entorno. A disposição geral das idades por traços de fissão evidencia um envelhecimento em direção ao interior do continente, porém amostras muito próximas ao RCBS mostram um rejuvenescimento, possivelmente em função de um evento tectônico que culminou no surgimento das depressões que geraram as bacias deste rift. Cálculos de taxas de soerguimento e exumação mostram que os eventos foram intensificados durante o Cretáceo, aumentando consideravelmente os valores de soerguimento e exumação em períodos mais recentes. Com base nos resultados dos altos estruturais... / The Continental Rift of southeastern Brazil is an important geological feature, both for its economic potential (sand, clay, turfs and oil), as for geological studies, because it is a structure of graben and horsts, preserved and which is not covered by water, which facilitates their resources. This study includes the application of analysis of fission tracks in apatites and zircons, for determine changes in thermal patterns that a caused change in the environment, tectonic’s uplift, rises isotherms and denudations. Making use of samples collected in three basins of the central segment (Taubaté, Resende and Volta Redonda). The ages obtained a complex history dating back from the rolling region of southeastern Brazil, from the Lower Cretaceous, with the beginning of the Gondwana break, through records associated with alkaline intrusions and a strong uplift at the beginning of the Upper Cretaceous. Finally between Paleocene-Eocene is identified the time (interval) that happened all the process of opened the Brazilian Southern Continental Rift (RCSB) and changes around this structure. The general features of the age of fission shows an aging toward the interior of the continent, but samples near of RCBS shows a ages that have a rejuvenescence, possibly for apparition of basin of rift. Calculations of rates of exhumation and uplift show that the events have been intensified during the Cretaceous, increasing considerably the values in recent periods. Based on the results of high internal structural supports and between the basins, our agree ... (Complete abstract click electronic access below)

O Sistema de Posicionamento Global (GPS) permite uma grande variedade de aplicações civis e militares. Dentre as várias aplicações, uma de especial interesse é a navegação, que tem crescido muito nos últimos anos devido a fatores como menor custo, e fácil utilização desta tecnologia. Num sistema de navegação terrestre, assim como na navegação marítima, fluvial e aérea, um mapa digitalizado, ou imagem de satélite disponível da região de interesse é exibida na tela do computador de bordo e a posição do veículo é apresentada em "tempo real" a partir da posição fornecida por receptores GPS. Além disso, a comunicação disponível nos dias de hoje permite uma maior integração entre o veículo e o escritório. Finalmente, o Google Earth permite que se tenha acesso a uma grande quantidade de informações necessárias ao desenvolvimento de inúmeros trabalhos, permitindo inclusive a inserção de fotos e imagens para registro dos acontecimentos. O potencial deste tipo de sistema só foi possível a partir de maio de 2000, com a eliminação da SA (Selective Availability).Com isso, o posicionamento absoluto realizado por receptores de navegação (menos precisos do que os receptores geodésicos) foi aprimorado, podendo conseguir precisões da ordem de 10m, o que aumenta a qualidade de aplicações como a navegação terrestre. A proposta desta dissertação é descrever o desenvolvimento de um protótipo veicular para aplicações de campo em Geociências, onde foi incluída a navegação em tempo real, o uso da internet para a comunicação pessoal e interface de acesso ao Google Earth. O protótipo desenvolvido permite a extensão de parte da infra-estrutura de um laboratório para apoio das atividades de campo. / In our days the Global Positioning Systems (GPS) is a technology with a great variety of military and civilian applicability. Among this uses, navigation is one activity that is largely increasing in reason to lowering equipment prices and introduced facilities as easy to use technology. In practice, a system structured to navigate in terrestrial, maritime, fluvial or aerial way is formed by a GPS connected to an onboard computer and video equipped with appropriate software that process in a instantaneous mode (real time) all the information necessary to show on screen the geographical position of the vehicle. In parallel, new advances in network communication open the possibility to integrate completely the vehicle in movement with the staff in the office. Also, the Geoogle Earth™ and World Wide Web increase the facilities to view online the terrain and open the possibility to user interact directly with routines that insert local photo and images. Navigate with accuracy using a single-receiver GPS linked to a computer was only possibly after May of 2000, when the SA (Selective Availability) was excluded from GPS signal. Consequently, absolute positioning with one band handled GPS (low accuracy when compared to geodetic two bands GPS) was tested and the results show the availability to locate points in the Earth surface with an uncertainty degree not above than 10 meters (in terms of planimmetric coordinates). This performance increases the data quality and the ability of single-receiver GPS to be used to navigation purposes. In this work, it is assembled and tested a navigation system prototype installed in a vehicle with the objective to optimize field survey and adapted to some geosciences necessities, including the possibility to navigate in real time integrated with Internet facilities to personal communication and with an interface to access the Google Earth™. The configuration of the navigation system prototype elaborated in this project permit to extend to the field some facilities only accessible in a laboratory environment and consequently the results obtained with the system increased the performance of all the field work stages.

A construção de pavimento de concreto de cimento Portland para liberação rápida, conhecido como fast-track, é uma boa solução principalmente para reparos em locais onde não se pode interromper o tráfego por um período muito grande, cujas técnicas são abrangentes, servindo para obras de construção, reconstrução ou para execução de camadas superpostas. Normalmente o ensaio utilizado para verificar a resistência do concreto para pavimentação é o de resistência à tração na flexão. Em função da grande variabilidade deste ensaio e da demora dos resultados, uma vez que o corpo-de-prova é normalmente ensaiado em laboratório na idade em que se deseja saber a resistência, engenheiros que executam ou fiscalizam obras de pavimento de concreto para fast-track demonstram certa insatisfação com relação a este procedimento. Alternativamente, uma opção promissora para este monitoramento é a utilização dos ensaios de maturidade e ultra-som, que avaliam indiretamente a resistência do concreto in situ. Para contribuir nesta área do conhecimento, realizaram-se ensaios de resistência à tração na flexão, resistência à compressão, maturidade e ultra-som (método direto e indireto), em concretos, argamassas e pastas com cimento Portland de alta resistência inicial (CPV-ARI), para avaliar a possibilidade de correlações entre os ensaios de resistência à tração na flexão e os de ultra-som e maturidade. Os fatores controláveis foram a relação água/cimento (0,25-0,35-0,45) e a idade (1-2-3-7-28 dias). A diferença dos resultados de energia aparente de ativação (maturidade) utilizando diferentes tipos de corpos-de-prova não foi significativa em relação ao corpo-de-prova recomendado pela ASTM C 1074. Encontrouse um coeficiente de correlação de 95,4% entre os resultados de resistência à tração na flexão dos ensaios e os previstos pelo ensaio de maturidade. Não se constatou diferença significativa entre os resultados de velocidade ultra-sônica para os diferentes métodos de ultra-som utilizados. Todos os métodos de ultra-som apresentaram bons coeficientes de correlação com a resistência à tração na flexão, sendo que para o método indireto com três pontos de recepção obteve-se um coeficiente de correlação de 80,8% para as idades de até 24 horas e de 76,4% considerando todas as idades ensaiadas. Portanto, tanto o ensaio de ultra-som como o de maturidade mostraram-se eficazes para estimar a resistência à tração em idades iniciais, o que pode facilitar o controle de concreto para fast-track em campo. / The construction of concrete pavement made of Portland cement for fast use, known as fasttrack, is a good solution, mainly for restoration in places where traffic cannot be disrupted for long. Fast-track concrete pavement techniques are broad, and can be used for construction, reconstruction, and resurfacing. For determining concrete strength in pavement, the flexural strength test is usually used. Since this test presents high variability and demands more time because the specimen is usually tested in laboratories at certain selected ages, engineers who carry out or monitor fast-track concrete pavement projects have shown some dissatisfaction with this procedure. Alternatively, a promising option to monitor this work is the use of maturity and ultra-sound tests, which evaluate concrete strength directly in situ. In order to contribute to this area of knowledge, I have carried out flexural strength, compressive strength, and maturity and ultra-sound (direct and indirect methods) tests in concrete, mortar, and Portland cement paste with high early strengths (CPV-ARI) to evaluate possible correlations among the flexural strength tests and the maturity and ultra-sound ones. The controllable factors were the water-cement ratio (0.25-0.35-0.45) and the age (1-2-3-7-28 days). The difference in the results of the apparent activation energy (maturity), using different types of specimens, was not meaningful if compared to the specimen recommended in ASTM C 1074. Among the results of the flexural strength tests and the ones obtained in the maturity test, the correlation coefficient has been found to be 95.4%. No meaningful difference was found among the results of ultra-sonic speed for the different ultra-sound methods. All ultra-sound methods have shown good correlation coefficients with flexural strength: for the indirect method with three reception points, the correlation coefficient has been found to be 80.8% at ages up to 24 hours, and 76.4% at all test ages. Therefore, both the ultra-sound and the maturity tests have proven to be efficient to estimate tensile strength at early ages; thus, help control fast-track concrete in the field.

High-Speed Rail (HSR) as a fast, reliable and environmentally friendly mode of transportation has received a lot of attention in recent decades. The International Union of Railways reported that there are more than 18600 miles of HSR in operation and about 1.6 billion passengers per year are carried by them. Although there are plans for HSR in many states including Florida, the United States, however, is still hesitant to develop its own HSR network. One of the main barriers to developing high-speed rail is excessive vibration propagation to the media which may cause annoyance to people who live in the track neighborhood. Train induced vibration also contributes to track settlement, developing track flaws, and increasing life cycle cost of track and supporting structures. The aim of this research is to address this problem by conducting a comprehensive investigation into track dynamics. For this purpose, three-dimensional mass-spring-damper models of vehicle, track and supporting structures were developed and matrices of mass, stiffness, and damping of each subsystem were formed. The response of the whole system was, then, determined by coupling the subsystems using Hertz contact theory. The differential equations of the coupled system were solved by the Newmark integration method and the results including vertical and lateral displacements and forces were presented in the time domain. Since the purpose of this dissertation is to quantify the effect of track and vehicle condition on vibration level, rail defects were also taken into account and rail random irregularities for the vertical profile, Gauge, alignment and cross level (super elevation) were incorporated into a numerical solution. The results of the study show the effect of track and vehicle parameters on the response of the vehicle, track, and substructures. Since Florida and some other states in the United States are very prone to hurricanes, an investigation was conducted into the effect of wind speed on vehicle stability. For this purpose, a curved beam was modeled to consider the influence of track curvature, cant deficiency, wind speed and train speed simultaneously. The results from the study show the maximum allowable values of train speed and axle load for different wind speeds. The findings can be used to decide under what circumstances there is a risk of vehicle overturning and how to avoid it.